(57)【要約】【課題】  現在の規格はボルトを単位として静電気耐性を評価する。これが、許容静電気の上限の決定と湿度・抵抗・イオナイザーの適値の決定を難しくしている。単位の見直しと湿度・抵抗・イオナイザーの適値決定方法が必要である。【解決手段】クーロンを評価単位にした耐性試験方法を発明し、放電量が耐性に相当する電気量となる静電気を許容静電気の上限として管理目標を明確にできるようにする。つぎに、湿度・抵抗・イオナイザーと静電気の状態との数量関係を求める計算図表を発明し、許容静電気の上限未満を保証する抵抗・湿度・イオナイザー−の適値決定を容易化し、静電気を発生させない、何かの齟齬で発生しても許容値未満であることを保証する管理システムの作成を可能にする。【選択図】  図４
2007114169.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
充電した電荷を被試験物を通じて放電させて、または被試験物を帯電させてその電荷を放電させて、または被試験物を誘導帯電させてその電荷を放電させて、放電によって被試験物が損傷するか否かを試験する試験において、または被試験物のおかれた周辺の電界を変化させて被試験物の内部に過渡電圧または渦電流を発生させて過渡電圧または渦電流で被試験物が損傷するか否かを試験する試験において、損傷が生じる放電電荷量または充電電荷量または充放電量を被試験物の静電気耐性と規定する静電気耐性の試験方法および試験装置ならびに静電気耐性の評価方法と評価値
【請求項２】
放電量が静電気耐性として表示された電気量に未満の静電気を許容静電気の上限とする静電気管理および管理方法
【請求項３】
静電気と湿度との関係、静電気と抵抗との関係、静電気とイオナイザーのイオン流との関係の数量化において、静電気を電荷密度で代表させ、湿度を相対湿度で代表させ、抵抗を抵抗率で代表させ、イオナイザーを再結合用イオン流密度で代表させて、静電気の状態は電荷密度０の点を起点とし飽和帯電状態の電荷密度３×１０−５クーロン／ｍ２を終点とする直線上の点であらわし、湿度の状態は７０％ＲＨの点を起点とし４０％ＲＨの点を終点とする直線上の点であらわし、７０％ＲＨ以上では静電気は生じない・４０％ＲＨ以下では飽和帯電するという経験則にもとづいて７０％ＲＨの起点と電荷密度０の起点を対応させ、４０％ＲＨの終点と３×１０−５クーロン／ｍ２の終点とを対応させて、静電気の状態と相対湿度の状態との数量的な相関性を求める方法およびそれを図表化または計算数式化したものおよび数値と、抵抗の状態は抵抗率１０５Ω／□または１０４Ω・ｃｍの点を起点として抵抗率１０１２Ω／□または１０１１Ω・ｃｍを終点とする直線上の点であらわし、１０５Ω／□または１０４Ω・ｃｍの抵抗率以下では静電気を生じない。１０１２Ω／□または１０１１Ω・ｃｍ以上では飽和帯電するという経験則に基づいて、１０５Ω／□または１０４Ω・ｃｍの起点と静電気の状態をあらわす直線上の電荷密度０の起点を対応させ、１０１２Ω／□または１０１１Ω・ｃｍの終点と電荷密度３×１０−５クーロン／ｍ２の終点とを対応させて、静電気の状態と抵抗率の状態との数量的な関係を求める方法およびそれを図表化または計算数式化したものおよび数値と、イオナイザーの状態は（３×ｎ）μＡ／ｃｍ２を起点として（３×ｎ×１０−７）μＡ／ｃｍ２を終点とする直線上の点であらわし、（３×ｎ）μＡ／ｃｍ２の起点と静電気の状態を表す直線の起点電荷密度０とを対応させ、（３×ｎ×１０−７）μＡ／ｃｍ２の終点と電荷密度３×１０−５クーロン／ｍ２の終点とを対応させて、静電気の状態とイオナイザーの状態の数量的関係を求める方法およびそれを図表化または計算数式化したものおよび数値と、上記した静電気の状態と湿度の状態と抵抗の状態とイオナイザーの状態の四つの相関性を巨視的に数量化して求める方法とそれを図表化した図表およびそれによって得られる数値。ただし、ｎは管理対象となる静電気の種類によって決める数値たとえば０．０１、０．１、１、１０等である。また、静電気、湿度、抵抗、イオナイザーの状態をあらわす起点と終点の数値は、管理対象の静電気の種類と管理目的によって本発明の明細書および特許請求の範囲で記載した数値と異なるものを使用する方が望ましい場合がある。
【請求項４】
湿度・抵抗値・イオナイザーの管理を並列使用して静電気管理をおこなう場合の湿度・抵抗値・イオン流の適値の決定において、湿度と抵抗値との並列使用では湿度７０％ＲＨの起点と湿度４０％ＲＨの終点を結んだ直線と、抵抗率１０１２Ω／□または抵抗率１０１１Ω・ｃｍの起点と抵抗率１０５Ω／□または抵抗率１０４Ω・ｃｍの終点とを結んだ直線とを湿度７０％ＲＨの起点と抵抗率１０１２Ω／□または抵抗率１０１１Ω・ｃｍの起点とを重ね合わせ、湿度４０％ＲＨの終点と抵抗率１０５Ω／□または１０４Ω・ｃｍの終点とを重ね合わせて２つの直線を重ね合わせた直線上における抵抗率と湿度との組合せを湿度と抵抗値との並列使用による静電気管理の第一の適値とし、与えられた条件を適用して第一の適値を線上で左右いずれかに移動させたときの値を第二の適値とする適値の決定方法およびそれによって得た湿度と抵抗値の組合せと、湿度とイオナイザーとの並列使用で静電気管理をおこなう場合には上記した湿度と抵抗値の並列使用と同じ方法で、湿度７０％ＲＨの起点と再結合用イオン流密度３×ｎ×１０−７μＡ／ｃｍ２の起点とを重ね合わせ、湿度４０％ＲＨの終点と（３×ｎ）μＡ／ｃｍ２の終点とを重ね合わせて湿度の状態をあらわす直線とイオナイザーの状態をあらわす直線を重ね合わせた直線上での湿度とイオン流密度との組合せを第一の適値とし、与えられた条件を適用して湿度・イオン流密度を線上で左または右のいずれかに移動させて湿度とイオン流密度の組合せの第二の適値を求める方法およびそれによって決めた湿度とイオン流密度の組合せと、イオナイザーと抵抗値の管理を併用して静電気管理をおこなう場合には上記した方法と同様の方法でイオン流密度（３×ｎ）μＡ／ｃｍ２の起点と１０１２Ω／□または抵抗率１０１１Ω・ｃｍの起点とを重ね合わせた点と、イオン流密度３×ｎ×１０−７μＡ／ｃｍ２の終点と１０５Ω／□または１０４Ω・ｃｍの終点とを重ね合わせた点を結ぶ直線上でのイオン流密度と抵抗率との組合せを第一の適値とし、与えられた条件によって抵抗率・イオン流密度を線上で左右いずれかに移動させて得られる組合せを第二の適値とする適値決定方法およびそれによって決めたイオン流密度と抵抗値との組合せと、湿度・抵抗・イオナイザーの三つを並列使用して静電気管理をおこなう場合の適値決定において、二つの要素の並列使用するときの適値決定方法と同じ発想に基づき、湿度４０％ＲＨの状態とイオン流密度（３×ｎ）μＡ／ｃｍ２の状態が重なる点と、湿度７０％ＲＨの状態と抵抗率１０１２Ω／□または抵抗率１０１１Ω・ｃｍの状態が重なる点と、抵抗率１０５Ω／□または１０４Ω・ｃｍの状態とイオン流密度が（３×ｎ×１０−７）μＡ／ｃｍ２の状態が重なる点の三つを頂点とする三角形のそれぞれの辺上または湿度４０％ＲＨ状態と抵抗率１０５Ω／□または１０４Ω・ｃｍの状態の重なる点と湿度７０％ＲＨの状態とイオン流密度（３×ｎ×１０−７）μＡ／ｃｍ２の状態とが重なる点とイオン流密度（３×ｎ）μＡ／ｃｍ２の状態と抵抗率１０１２Ω／□または抵抗率１０１１Ω・ｃｍとが重なる点の三つを頂点とする三角形のそれぞれの辺上にある三点で構成される三角形のうちで、二辺がもとの三角形の辺と平行な三角形の頂点であらわ���れる湿度・抵抗率・イオン流密度の組合せを第一の適値とし、与えられた条件で第一の適値を線上で左右いずれかに移動させたときの値を第二の適値とする適値の決定方法およびそれによって決めた湿度・抵抗率・イオン流密度の組合せ。ただし、ｎは管理対象となる静電気の種類によって決める数値、たとえば０．０１、０．１、１、１０等である。また、静電気・湿度・抵抗・イオナイザーの状態をあらわす起点・終点の数値は管理対象となる静電気の種類と管理目的によって本発明の明細書および特許請求の範囲で記載した数値と異なるものを使用する方が望ましい場合がある。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明はエレクトロニクス等の静電気管理に関する
【背景技術】
【０００２】  半導体デバイスやエレクトロニクス等の静電気対策は繊維・石油産業等で開発されていた静電気管理手法を技術移転し、応分の改良を加えながら現在に至っている。しかしながら、微細加工技術の高度化と高集積高密度化によるシステムの複雑化にともない、新規の管理システムが必要になっている。すなわち、デバイス等は導体・半導体・絶縁物が複雑な形状・寸法で複合材化されているので、繊維・石油等のように均質と一応は見なしうる物質に生じる静電気とは本質は同じであるが、事象的には違った様相を示す。特に放電に関してはその差異が大きい。
また、デバイスやエレクトロニクス等は機能性の製品であるから、従来の静電気障災害とは別種の障害たとえば誤動作や機能不全等が生じる。そこで、静電気耐性の増強という旧来の静電気管理には存在しなかった別種の技術の開発をデバイスメーカーはユーザーとは関係なく独自にすすめてきた。その結果、静電気耐性の評価方法と従来の管理システムの評価方法とをどのように関係づけることが望ましいかという課題が検討される機会がなかった。（１）【０００３】  実際問題として、繊維・石油等の旧来の産業では湿度・抵抗率・再結合用のイオン流という静電気管理三要素のうちのいずれかひとつを調整することによって静電気管理はおおむね成功した。エレクトロニクス等では湿度・抵抗率・再結合用のイオン流の程度に種々の制限事項を課せる工程が多く、三要素を並列使用せざるを得ない場合が多い。しかしながら、並列使用時の三者の比重配分に関する指針等は得られていない。理由は、湿度調整器メーカーと抵抗率調整メーカーと再結合用イオン流メーカーとの間には相互に排他的関係があるが為に、必要な資料を相互に入手し難いところにある。
つぎに、デバイスメーカーとユーザーとの関係は、静電気耐性に関しては敵対的な位置に置かれている。すなわち、メーカーがデバイスの耐性を十分に増強すれば、ユーザーは湿度・抵抗率・再結合イオン流・接地・シールド等の労を省略できる。一方、ユーザーが湿度・抵抗率・再結合用イオン流・接地・シールド・工程の静電気発生要素の制限等を充実させるならば、メーカーは耐性増強の負担が小さくなる。また、静電気耐性増強に必要なデバイスの設計資料を作成するための耐性試験をメーカーはおこなっている。したがって、ユーザーが管理システムを構築するための基本データとしての耐性を別途に再検討する必要がある。
【非特許文献】  （１）  Ｏｗｅｎ．Ｊ．ＭｃＡｔｅｅｒ：Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ  Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｍｃｇｒａｗ  Ｈｉｌｌ  Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ  Ｃｏｍｐａｎｙ  １９９０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】  以上述べたように、現在利用されている耐性の表示方法はユーザーが満足しているものではない。メーカーの都合を損なうことなくユーザーの期待を満足させる表示方法を発明する必要がある。
つぎに、湿度管理・抵抗率管理・再結合用イオン流密度の管理の三要素の並列使用は適正な配分比率でおこなわれなければならないにもかかわらず、それの指針に相当するものが得られていない。静電気の強さと三要素の効果との関係を静電気管理の設計用資料化し、それによって適正配分の積算をおこなう方法を発明する必要がある。
ところで、上記の二つの発明を管理技術として接合するためには、すなわち、耐性の新たな表示方法と静電気管理の三要素の適正な配分比率とを接合するためには、与えられたデバイス等が許容できる静電気の大きさの上限値をデバイス等の耐性値から決定する方法を合わせて発明しておかなければならない。しかしながら、この発明を科学的根拠に基づいて決定できる程には静電気は解明されていない。そこで、本発明では、損傷発生の可能性のある静電気の下限の予測方法を発明し、ＥＳＤの研究が進歩した段階で損傷を発生させる静電気の下限を決定する方法が発明されることを期待することにした。【０００５】  ところで、ユーザーが耐性の表示に期待しているものとは、デバイス等が許容できる静電気放電の入力の上限値で、これが分かれば組み立て工程や作業員等の静電気の許容値の上限が求まり、作業規則の制定や工程の種別の決定を容易化するものである。
つぎに、静電気管理三要素の効果と静電気の強さとの関係は実験結果の数式化または図表化に頼らざるを得ない。しかしながら、静電気とは、まさつ電気・剥離電気・粉砕電気・流動帯電等の電荷の発生と消滅に関する機構は異なるが、空間電荷を形成して電界を発生させるものの総称である。また、まさつ電気であっても摩擦の様式には、対称まさつと非対称まさつ、繰り返しまさつと単一まさつ、まさつ圧力や速度の相違、境界まさつと潤滑まさつ、表面粗さと摩擦係数等のように、まさつというひとつの用語で処理し得ない奥深いものが未解決のまま残されている。そこで、静電気に関する各種の代表的な資料（２・３・４）等を発明者が巨視的視野で総括し、湿度、抵抗率、再結合用イオン流密度の効果と静電気の強さとの関係を図式的に表示する方法を発明することにした。
ところで、デバイスの耐性の評価単位をクーロンに変更しても、デバイスの耐性値からデバイスが許容できる静電気の上限値を求めうる程には静電気放電と帯電様式との関係は解明されていない。そこで、上記した静電気管理三要素の効果と電荷密度との相関性を図表化したと同様の手法すなわち発明者の巨視的視野で、デバイスが許容できる静電気の上限値とデバイスの耐性値との関係を決定する方法を発明し、これによって静電気管理の目標値の設定を可能にした。ただし、信頼できる測定器を発明し、当該静電気の静電気放電の強さが許容値以下であることを立証するに越したことはない。
なお、静電気管理には、静電気を発生させない、何かの齟齬で発生したとしても許容値以下であることを保証する措置を講じておく、という基本理念が存在する。この理念は、静電気には静電気災害につながる危険性が常に潜在しているので、静電気に関する標準規格類には、その国の防災に関する基準を優先させるという添え書きが付されていることと同根の課題で、上記した静電気管理の目標値の意味を誤解してはならない。すなわち、目標値以下になるように静電気を管理するという設計は誤りで、正しい設計とは下記のようなものである。静電気を発生させない、もし、何かの齟齬で静電気が発生したとしても、その大きさは許容値の上限未満であることを保証できるだけの処置を講じておく。
つぎに、静電気管理の目標値が決まれば、静電気発生が０の状態と発生しても目標値未満を保証できる湿度・抵抗率・再結合用イオン流密度の配分を決める方法が必要である。本発明では、湿度・抵抗率・再結合用イオン流密度を単独使用、二つの並列使用、三つの並列使用の場合に分けて図表的に求められる方法を発明することにした。
【非特許文献】  （２）静電気学会講演論文集各年度  （３）静電気学会誌各年度  （４）（財）日本電子部品信頼性センター、ＥＯＳ／ＥＳＤ／ＥＭＣシンポジウム予稿集各年度
【課題を解決するための手段】
【０００６】  許容値を超えたＥＳＤが入力されるとデバイス等は損傷する。それゆえに、許容入力電荷量かまたは許容入力電圧のいずれかを管理すれば損傷は発生しないと考え、本発明では電荷量をデバイス等の静電気耐性の表示単位に採用する。理由は、現在利用されている電圧（ボルト）単位は理にそぐわないところがあるので、これとの誤用を避けるためで、理に沿った用法としてのボルトが単位として使用される時期はあり得る。ただし、その時のボルトは本発明で使用する電気量（クーロン）とＱ＝ＣＶの法則で関係づけられている。【０００７】  損傷には熱破壊と電界破壊の二つがあり、前者は図１のＨＢＭ耐性試験装置、後者は図３のＣＤＭ耐性試験装置を代表とする人が多い。実際には種々の損傷様式が存在するので、ＭＭ・ＣＰＭ等の種々の試験方法が提案されている。また、ＨＢＭ・ＭＭ・ＣＤＭ・ＣＰＭの時代は終わった、これからは静電誘導の時代であるという人たちからは誘導による耐性試験を発明すべきであるという意見が出されているが、おおむね下記のように考えてよい。
図１でスイッチ７を操作して１００ＰＦ静電容量６を充電し、充電が終了すると再びスイッチ７を操作して、充電電荷を被試験デバイス４に放電させる。放電によってデバイスが損傷しなければ電源１の電圧を上昇させ、再度被試験デバイスが損傷するか否かを調べ、損傷が生じたときの電源電圧を耐性と公称している。実際にデバイスに入力された電圧は図中５に示されたデバイスの端子間電圧であるから、抵抗３の特性が異なると電源電圧１が同じであっても違った耐性値となる。本発明ではこの様な矛盾を避けるために、デバイスを損傷させた電気量（クーロン）を図２のように測定して、耐性を表示することにする。理由は、メーカーが耐性増強に努めてきた過去の資料と経験を継続的に使用できるようにすることと、デバイスを損傷させる静電気量の下限は静電容量から放電された電気量（１００ＰＦ×電源電圧）で計算はできるが、スイッチやコンデンサーや抵抗３の電気的特性で計算値のみに依存しすぎると、不慮の事態があり得るためである。
図３のＣＤＭＥＳＤ試験も図１と同様に、デバイスが損傷する充電電圧の値を耐性と称しているが、充電しただけではデバイスは損傷しない。スイッチ７を操作して充電電荷が放電極１１に放電することによって損傷が生じる。ただし、この場合には、放電電荷量が不明であるから図４のように放電電荷量測定器８を試験装置に装備し、損傷発生時の放電電荷量（クーロン）の大きさを本発明では耐性とする。
以上のことは、従来の電圧重視説を脱し、クーロンを単位として耐性を表示するということである。【０００８】  常温常圧での静電気の表面電荷密度の上限は、空気の絶縁耐力３０，０００ボルト／ｃｍで決まるから、静電気の状態を電荷密度で代表させると、電荷密度０の点と飽和耐電状態の電荷密度３×１０−５ｃ／ｍ２とを結ぶ直線上の一点１７で与えられた静電気の状態は図５・１３で表すことができる。つぎに、湿度７０％ＲＨでは静電気は生じない・湿度４０％ＲＨでは飽和帯電するという経験則にしたがえば、湿度の効果と電荷密度との関係は図５・１３と図５・１４との関係として表すことができる。つぎに、抵抗率が１０５Ω／□以下のものまたは１×１０４Ω・ｃｍ以下のものは帯電しない・１０１２Ω／□以上のものまたは１０１１Ω・ｃｍ以上のものは飽和帯電するという実験的事実にもとづくと、抵抗率と電荷密度との関係は図５・１３と図５・１５との関係として表すことができる。つぎに、再結合用イオン流密度と静電気の電荷密度との関係は、湿度と電荷密度との関係や抵抗率と電荷密度との関係とは趣が異なるので、本発明では以下のような考え方で関係を規定する。
０．００１秒の間に消滅するならば実質的には無帯電と同じであると考え、飽和帯電状態すなわち３×１０−５ｃ／ｍ２の静電気が０．００１秒で消滅するならばこれは電荷密度０に相当することになり、図５・１３と図５・１６との関係として再結合用イオン流と電荷密度とを関係づけることができる。ただし、管理対象によって、０．００１秒を０．０００１秒にしなければならない場合や、０．００１秒を１秒にしてもよい場合は適宜条件変更することが望ましい。なお、図５・１６でイオン流０を１０−７μＡ／ｃｍ２としてあるが、これは、図式表示を容易化するためにおこなった便宜的手法で、物理的な精密性を図５に求めても意味はない。
また、湿度・抵抗率・再結合用イオン流と電荷密度との非線形関係を精密に調査しておく必要がある特定の工程では、それに基づいた相関図表の作成が必要となる。【０００９】  耐性の単位を本発明のように電気量（クーロン）で表示すると、静電管理の目標値が以下のように決定できる。ただし、図１のＨＢＭ試験で２０００ボルトの耐性と称されているＢ社製のＡデバイスを例として説明する。
ＨＢＭ２０００ボルトとは１００ＰＦの静電容量を２０００ボルトで充電し、この静電エネルギーを１．５ｋΩの抵抗を通じてデバイスに放電させたときに損傷するという耐性であるから、本発明の耐性の定義に書き換えると２０００×１００×１０−１２クーロンすなわち０．２マイクロクーロンが耐性となる。
ところで、０．２マイクロクーロンで飽和帯電する金属球の半径は約２．３ｃｍであるから、半径２．３ｃｍの飽和帯電した金属球に相当する帯電体はすべて管理対象となる。たとえば、半径が２倍になれば表面積が４倍になるから表面電荷密度が飽和帯電の１／４の電荷密度（３×１０−５ｃ／ｍ２÷４）であっても半径４．６ｃｍの金属球は損傷源となりうる。すなわち、形状寸法によって許容電荷密度の上限値が違ってくる。しかしながら、導体はすべて接地することが静電気管理の基本であるから、導体の帯電を管理するという実務は現実には存在しない。一方、絶縁物が帯電したときの静電気放電には未解明の部分が多い。それゆえに、上記の手法を絶縁物の形状寸法と許容電荷密度の上限の関係に適用するためには、Ｊ．Ｔ．Ｌｅｏｎａｒｄ，Ｈ．Ｗ．Ｃａｈａｒｔの報告（５）等を参考にして補正をおこなう必要がある。
Ｊ．Ｔ．Ｌｅｏｎａｒｄ，Ｈ．Ｗ．Ｃａｈａｒｔによれば、形状が類似している導体の静電気放電と絶縁物の静電気放電のエネルギーを電荷密度を等しくして実験で比較すると、導体の場合には絶縁物の場合の約２０倍の放電エネルギーであるとしている。そこで、エネルギーは電荷量の２乗に比例するという法則に基づき、導体静電気のエネルギーＪｃと電荷密度Ｑｃとの関係は
Ｊｃ＝ｋ（Ｑｃ）２
であらわすことができる。一方、絶縁物静電エネルギーＪｉと電荷密度Ｑｉは
Ｊｉ＝ｋ（Ｑｉ）２
であらわせるから、ＱｉとＱｃが等しければ
Ｊｃ＝２０Ｊｉ
となり、
Ｊｃ＝ｋ（Ｑｃ）２＝２０ｋ（Ｑｉ）２
となり
Ｑｃ≒４．５Ｑｉ
が得られる。すなわち、絶縁物が帯電した場合の許容耐電量は導体の場合の約４．５倍と推定することが一つの方法となる。ただし、導体・半導体・絶縁物の複合体に関するデータは与えられていない。２倍以下とみなす必要がある。【００１０】  図３のＣＤＭＥＳＤで耐性が１０ボルトとされたＢ社のＤデバイスとは、図３の電源１でデバイスを１０ボルトに充電し、スイッチ７を操作して充電電荷を放電極１１に放電させたときに損傷したということで、放電電荷量は不明である。図４のように放電量が測定できるようにして測定すると０．２ｎＣが得られたから、本発明の定義ではＤデバイスは０．２ｎＣの耐性となる。
ところで、ＣＤＭとはデバイス自体の静電気が損傷源であるから、高湿度化やデバイスの低抵抗率化は好ましくない。したがって、再結合用イオン流で０．２ナノクーロンの静電気が発生する前段で（−０．２ナノクーロン）を荷電し、静電気発生点では０．１ナノクーロンとなるように、ＨＢＭの場合とは管理方法が電荷の発生を抑制する方向に変えることが必要である。それゆえに、ユーザーにとってはＣＤＭに関しては、耐性の単位はクーロンでなければ意味がない。【００１１】  図５のように湿度・抵抗率・再結合用イオン流密度の状態と静電気の状態とを関係づけると、三要素のうちの二つを並列使用または三つを並列使用した場合の要素の状態と静電気の状態の相関性が実用上必要となる。
実際問題として、静電気を発生させない、何かの齟齬で静電気が発生してもその大きさは許容値の上限未満になるように保証する、という方針が静電気管理の基本である。したがって、三要素の並列使用とは無帯電状態となる組合せ、すなわち湿度と抵抗率の並列使用図６・１９、湿度と再結合用イオン流密度の並列使用図６・２０、抵抗率と再結合用イオン流の並列使用図６・２１となる。
図６・１９は（湿度７０％ＲＨ・抵抗率１０１２Ω／□または１０１１Ω・ｃｍ）の点と（湿度４０％ＲＨ・抵抗率１０５Ω／□または１０４Ω・ｃｍ）の点とを結ぶ直線上での湿度と抵抗率の組合せは無帯電を確保する、図６・２０では（湿度７０％ＲＨ・イオン流密度３×１０−７μＡ／ｃｍ２）の点と（湿度４０％ＲＨ・イオン流密度３μＡ／ｃｍ２）の点とを結ぶ直線上での湿度とイオン流密度の組合せは無帯電を確保する、図６・２１では（抵抗率１０１２Ω／□または１０１１Ω・ｃｍ・イオン流密度３μＡ／ｃｍ２）の点と（抵抗率１０５Ω／□または１０４Ω・ｃｍ・イオン流密度３μＡ／ｃｍ２）の点とを結ぶ直線上での抵抗率と再結合用イオン流密度の組合せは無帯電を確保する条件である。
つぎに、三要素を並列使用する場合も二要素の並列と同様にして、図７・１のように（湿度４０％ＲＨ・イオン流密度３μＡ／ｃｍ２）の点２２と（湿度７０％ＲＨ・抵抗率１０１２Ω／□または１０１１Ω・ｃｍ）の点２３と（イオン流密度３×１０−７μＡ／ｃｍ２・１０５Ω／□または１０４Ω・ｃｍ）の点２４でつくられる三角形での三要素の組合せは無帯電の条件となる。また、三角形２２・２３・３４の代わりに図６・２の三角形２５・２６・２７として状態図を整理することもできる。なお、図７の読み方は以下のようになる。図７は電荷密度０の点２２、２３、２４または点２５、２６、２７を頂点とする三角形であるから、各辺上の一点を頂点とする三角形を画き、その中から二辺がもとの三角形図７の辺と平行な三角形を選び出すと、この三角形で示された湿度・抵抗率・イオン流密度の組合せは電荷密度０を保証する湿度・抵抗率・イオン流密度の組合せである。それゆえに、与えられた状態の湿度・抵抗率・イオン流密度の組合せを図７の三角形の辺上に三角形として画き、この三角形の各辺ともとの三角形の各辺との並行状態のずれを調べると、与えられた状態の湿度・抵抗率・イオン流密度が電荷密度０を保証する状態からどの程度ずれているかを総合判断できる。また、湿度・抵抗率・イオン流密度をどの方向にむけて管理し直すべきかの定量判断が可能となる。【００１２】  以上のようにクーロンを単位として静電気耐性を評価すると、静電気管理はシステムとして整理でき、現在模索中の静電誘導による損傷試験を方向付けることができる。図８は電界誘導デバイス帯電模型（ＦＩＣＤＭ）とよばれている耐性試験の放電量を測定できるようにしたもので、これも本発明のひとつであるが、重要なことは高集積度のデバイスには直接の静電気放電ではなくて、静電誘導による過渡電圧または渦電流による損傷が生じる。図９は平等電界が変化するときの静電誘導でデバイスに過渡電圧と漏れ電流が生じ、それによって損傷する場合の耐性試験装置、図１０は不平等電界の変化によってデバイスに生じる過渡電圧と渦電流による損傷を試験する場合で、図１０の平板電極３０を球電極にして不平等電界を強める場合もある。なお、静電誘導による過渡電圧または渦電流による損傷には、平等電界によるものと不平等電界によるものの二つを合わせて特性とすることおよび、不平等性のグラディエント状態を付記することが親切である。
【非特許文献】  （５）Ｊ．Ｔ．Ｌｅｏｎａｒｄ  ａｎｄ  Ｈ．Ｗ．Ｃａｒｈａｒｔ：Ａｔａｔｉｃ  Ｅｌｅｃｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ  ｃＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅ．  １００（１９６７）
【発明の効果】
【００１３】静電気管理の基本理念は静電気を発生させない、何かの齟齬で静電気が発生しても許容値の上限未満であることを保証する措置を講じておくことで、具体的には導体はすべて接地する、デバイスに接触する物体からは静電気を除去しておく、デバイスには静電気を発生させない、周辺物体からの静電誘導をデバイスに及ぼさないという４項目となる。ただし、上記４項目を個別に証明管理することは至難であるとされている（６）．
本発明では、デバイスの耐性評価の単位にクーロンを採用し、管理に必要な静電気の許容値の上限の決定と静電気管理三要素の適値決定を可能にしたので、上記の４項目の個別の証明管理が可能となった。また、まさつ条件等の変更による静電気の発生機構を変化させるという管理手法の実行を容易にした。
さらに、静電気管理三要素と静電気の強さとの相関性を総括的に数量化しているので、管理システムの設計・施工の費用対効果の積算や管理コストの積算に関する信頼性を向上させた。
【非特許文献】  （６）福田保裕：半導体デバイスの静電気対策  静電気学会誌  ｖｏｌ．２９  Ｎｏ．２  ｐｐ１４〜１９（２００５）
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】  以下に本発明の実施の形態を図１〜図１０にもとづいて説明する。【００１５】  図１は現在使用されているＨＢＭＥＳＤ耐性試験装置の回路図で、以下の手順で耐性試験がおこなわれる。静電容量６を電源１の電圧で充電する。ついで、スイッチ７を切り替えて充電電荷を被試験デバイス４に放電させ、デバイスが損傷するか否かを試験する。図から分かるように、デバイスを損傷させた電圧は図中の５で、充電電圧ではないにもかかわらず、現在の規格では電源電圧１の値が耐性として公称されるので、正味の損傷電圧は不明である。これが、ユーザーの静電気管理を難しくしている原因である。ただし、メーカーにとっては試験装置が同じであれば、電源電圧１の値であっても、デバイスの端子間の正味の電圧であっても耐性改善の資料としては同じである。むしろ、抵抗やスイッチの温度特性等によるデータのバラツキを表面化させないという点では電源電圧１の方が有利である。
そこで、本発明のようにデバイスを損傷した放電電荷量で耐性を表示すると、耐性で表示されている電荷量をデバイスに注入する静電気放電を発生させる静電気が、損傷を発生させる静電気の大きさの下限であるから、明確な管理目標の設定ができる。
なお、目標値の計算は【０００６】以下で説明した方法でおこない、静電気管理三要素の適値の決定にまで至る。また、図１のデバイスへの入力電圧５を測定しておけば【０００６】以下の操作は一層容易となる。【００１６】  図３は現在使用されているＣＤＭＥＳＤ耐性試験装置の回路図で、耐性は下記の手順で測定される。
デバイスを電源１で充電し、スイッチ７を操作して放電電極１１に充電した電荷を放電させ、損傷が生じたときの充電電圧を耐性と公称している。実際問題として、電源電圧で充電しただけでは損傷を生じていないから、充電電圧を耐性と称するには無理がある。本発明では図４のように放電極１１に放電した電荷量を測定し、これを耐性と公称するがゆえに、ユーザー段階での静電気管理三要素の適値決定および静電気発生機構に関する対策を決定することが【０００７】以降で説明したように容易となる。なお、図４の電源電圧１の値を合わせて利用すれば管理が一層容易化することは自明である。【００１７】  低温状態やまさつ速度が極めて大きい場合を除くと、一般的には湿度が７０％以上、または抵抗率が１０５Ω／□以下または１０４Ω・ｃｍ以下、または反対極性のイオン流密度が３μＡ／ｃｍ２以上という状況では静電気は発生しない。また、湿度が４０％ＲＨ以下、または抵抗率が１０１２Ω／□または１０１１Ω・ｃｍ以上、または反対極性のイオン流密度がないところでは飽和帯電が容易に生じる。そこで、飽和帯電するときの湿度４０％ＲＨと電荷密度３×１０−５ｃ／ｍ２、無帯電となる湿度７０％と電荷密度０とを対応させると図５の１３と１４とのように湿度の効果と静電気の状態すなわち電荷密度との関係を図表化できる。抵抗率・再結合イオン流についても同様の思考方法で、それらと電荷密度との相関性を図表化すると【０００８】の図５の１３、１４、１５、１６の計算図表となる。
なお、速度が極めて大きいとき、温度が低いときまたは高温時のように一般にいわれている静電気と違った状態が生じる場合には、電荷密度が０および飽和値になる湿度または抵抗率または再結合用イオン流密度を実験で求め、図５に類する整理をおこない、管理の信頼性を高める必要がある。【００１８】  静電気の状態を電荷密度で代表させて、静電気の状態と静電気管理三要素との関係を図５のように図表化すると、三要素のうちの一つが決まれば、それに対応する電荷密度が決まる。また、その逆も成立する。たとえば、湿度が図５の点１８で与えられた場合の静電気は図５の点１７の電荷密度として求められる。また、その逆で、電荷密度点１７をうるためには点１８の湿度を保持すればよいことになる。抵抗率や再結合用イオン流についても同様である。ところで、図５の線１４で湿度７０％ＲＨであれば電荷密度は線１３上で０となる。ということは、他の要素たとえば抵抗率が１０１２Ω／□・イオン流が０であっても無帯電ということを図５は意味する。同様に、抵抗率が１０５Ω／□以下または１０４Ω・ｃｍ以下であれば、あるいは再結合用イオン流が３μＡ／ｃｍ２であれば他の要素の数値に関係なく無帯電状態になることを図５は意味する。したがって、湿度・抵抗率・再結合用イオン流のいずれか二つを図６のように並列使用すれば、無帯電を保証できる。なお、図６・１９は湿度と抵抗率の併用、２０は湿度と再結合用イオン流の併用、２１はイオン流と抵抗率の併用である。【００１９】
【００１８】でのべた三要素の並列使用を三要素同時使用に拡大すると、この場合には図７のように、電荷密度０を保証する要素の組合せは（湿度７０％ＲＨと抵抗率１０１２Ω／□）の点２３、（抵抗率１０５Ω／□とイオン流密度３×１０−７μＡ／ｃｍ２）の点２４、（イオン流密度３μＡ／ｃｍ２と湿度４０％ＲＨ）の点２２でできる三角形２２・２３・２４と、（湿度７０％ＲＨとイオン流密度３×１０−７μＡ／ｃｍ２）の点２６と（イオン流密度３μＡ／ｃｍ２と抵抗率１０１２Ω／□）の点２７、（抵抗率１０５Ω／□と湿度４０％ＲＨ）の点２５でできた三角形２５・２６・２７の二つの三角形が得られ、この三角形で【００１１】のように関係づけられる湿度・抵抗率・イオン流密度であれば電荷密度を０に保つことができる。【００２０】  静電気管理の基本理念は、静電気を発生させない、もし何がの事情で発生したとしても許容値以下に抑制できることを保証するという二段構えで、許容値以下に管理しさえすればそれでよいという考えは誤りである。本発明では、静電気管理三要素の効果を図５、図６、図７のように静電気と関係づけて静電気を発生させないことを一段目で保証する。つぎに、デバイスの静電気耐性を図２、図４のように電荷量で評価し、これを出発点として静電気の許容値の上限を本発明のようにあらかじめ求めておき、静電気が発生しても許容値の上限に到達する前に異常を検出補正する工程管理と作業規則で第二段目を保証する。ただし、第二段目の異常検出にはすでに種々の発明品が市販されているので、本発明でもそれらを使用することを前提としている。しかし、現在では、デバイスの耐性がボルトを単位として表示されているので、静電気の上限を求めることができない。本発明がクーロンを耐性の単位に使用する意義はこの点にある。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】  ＨＢＭＥＳＤ耐性試験装置の回路図
【図２】  本発明のＨＢＭＥＳＤ耐性試験装置の回路図
【図３】  ＣＤＭＥＳＤ耐性試験装置の回路図
【図４】  本発明のＣＤＭＥＳＤ耐性試験装置の回路図
【図５】  静電気管理三要素の効果と静電気の状態との相関
【図６】  静電気管理三要素のうちの二つの並列使用による無帯電化
【図７】  静電気管理三要素の三つの並列使用による無帯電化
【図８】  本発明の電界誘導デバイス帯電モデル静電気耐性試験装置の回路図
【図９】  平等電界の静電誘導による過渡電圧・渦電流による損傷に関する静電気耐性試験装置の回路図
【図１０】  不平等電界の静電誘導による過渡電圧・渦電流による損傷に関する静電気耐性試験装置の回路図
【符号の説明】
１：電源電圧
２：保護抵抗
３：保電抵抗
４：被試験デバイス
５：デバイスへの入力電圧
６：静電容量
７：スイッチ
８：放電電荷量測定器
９：絶縁層
１０：試料設置台
１１：放電極
１２：接触棒
１３：静電気の状態
１４：湿度の状態
１５：抵抗率の状態
１６：再結合用イオン流密度の状態
１７：電荷密度点１１の静電気の状態の位置
１８：電荷密度点１１に対応する湿度の状態の位置
１９：湿度管理と抵抗率管理の並列使用で無帯電を保証するときの組合せ
２０：湿度管理とイオン流密度管理の並列使用で無帯電を保証するときの組合せ
２１：イオン流密度管理と抵抗率管理の並列使用で無帯電を保証するときの組合せ
２２：（イオン流密度３μＡ／ｃｍ２と湿度４０％ＲＨ）の点
２３：（湿度７０％ＲＨと抵抗率１０１２Ω／□）の点
２４：（抵抗率１０５Ω／□とイオン流密度３×１０−７μＡ／ｃｍ２）の点
２５：（抵抗率１０５Ω／□と湿度４０％ＲＨ）の点
２６：（湿度７０％ＲＨとイオン流密度３×１０−７μＡ／ｃｍ２）の点
２７：（イオン流密度３μＡ／ｃｍ２と抵抗率１０１２Ω／□）の点
２８：絶縁物
２９：除電用端子
３０：並行平板電極
３１：絶縁層
３２：不平等電界形成用電極
３３：絶縁層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７−１】
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【図７−２】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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